[go: up one dir, main page]

FR3160058A1 - METHOD FOR OPTIMIZING THE RATE OF BLACK MASS RECOVERED FROM BATTERY ELEMENTS - Google Patents

METHOD FOR OPTIMIZING THE RATE OF BLACK MASS RECOVERED FROM BATTERY ELEMENTS

Info

Publication number
FR3160058A1
FR3160058A1 FR2402200A FR2402200A FR3160058A1 FR 3160058 A1 FR3160058 A1 FR 3160058A1 FR 2402200 A FR2402200 A FR 2402200A FR 2402200 A FR2402200 A FR 2402200A FR 3160058 A1 FR3160058 A1 FR 3160058A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
battery elements
black mass
battery
elements
grinding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2402200A
Other languages
French (fr)
Inventor
Faten Belhadj Kaabi
Cédric Mebarki
Mouloud Hendou
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Veolia Environnement SA
Original Assignee
Veolia Environnement SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Veolia Environnement SA filed Critical Veolia Environnement SA
Priority to FR2402200A priority Critical patent/FR3160058A1/en
Priority to PCT/EP2025/055878 priority patent/WO2025186273A1/en
Publication of FR3160058A1 publication Critical patent/FR3160058A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02CCRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/0056Other disintegrating devices or methods specially adapted for specific materials not otherwise provided for
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02CCRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C18/00Disintegrating by knives or other cutting or tearing members which chop material into fragments
    • B02C18/06Disintegrating by knives or other cutting or tearing members which chop material into fragments with rotating knives
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02CCRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C21/00Disintegrating plant with or without drying of the material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02CCRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C23/00Auxiliary methods or auxiliary devices or accessories specially adapted for crushing or disintegrating not provided for in preceding groups or not specially adapted to apparatus covered by a single preceding group
    • B02C23/18Adding fluid, other than for crushing or disintegrating by fluid energy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02CCRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C4/00Crushing or disintegrating by roller mills
    • B02C4/02Crushing or disintegrating by roller mills with two or more rollers
    • B02C4/08Crushing or disintegrating by roller mills with two or more rollers with co-operating corrugated or toothed crushing-rollers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09BDISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B3/00Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • B09B3/30Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless involving mechanical treatment
    • B09B3/35Shredding, crushing or cutting
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/54Reclaiming serviceable parts of waste accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/52Reclaiming serviceable parts of waste cells or batteries, e.g. recycling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09BDISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B2101/00Type of solid waste
    • B09B2101/15Electronic waste
    • B09B2101/16Batteries
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09BDISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B3/00Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • B09B3/40Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless involving thermal treatment, e.g. evaporation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/84Recycling of batteries or fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Primary Cells (AREA)

Abstract

PROCEDE POUR OPTIMISER LE TAUX DE MASSE NOIRE RECUPEREE D’ELEMENTS DE BATTERIE Procédé pour récupérer la masse noire (BM1) d’un ensemble d’éléments de batterie (ENS1) constituants d’une ou d’une pluralité de batteries comprenant : Récupération d’un ensemble d’éléments de batterie (EB1, ENS1) ;Décharge électrique (DE1) des éléments de batterie (EB1) ;Broyage humide (BR1) des éléments de batterie (EB1) en présence d’un volume d’eau ;Premier séchage (SEC1) pour induire une désorption thermique des éléments de batterie broyés (EB2) à une température régulée comprise entre 90° et 120° ;Tamisage (TAM1) des éléments de batterie broyés (EB2) et séchés et extraction d’une première quantité de masse noire (BM1). Figure pour l’abrégé : Fig.5 METHOD FOR OPTIMIZING THE RECOVERED BLACK MASS RATE OF BATTERY CELLS Method for recovering the black mass (BM1) from a set of battery cells (ENS1) constituting one or a plurality of batteries comprising: Recovering a set of battery cells (EB1, ENS1); Electrically discharging (DE1) the battery cells (EB1); Wet grinding (BR1) the battery cells (EB1) in the presence of a volume of water; Initial drying (SEC1) to induce thermal desorption of the ground battery cells (EB2) at a controlled temperature between 90° and 120°; Sieving (TAM1) the ground and dried battery cells (EB2) and extracting a first quantity of black mass (BM1). Abstract: Fig. 5

Description

PROCEDE POUR OPTIMISER LE TAUX DE MASSE NOIRE RECUPEREE D’ELEMENTS DE BATTERIEMETHOD FOR OPTIMIZING THE RATE OF BLACK MASS RECOVERED FROM BATTERY ELEMENTS Domaine de l’inventionField of invention

Le domaine de l’invention se rapporte à celui des procédés de récupération de la masse noire d’éléments de batterie. Plus particulièrement, le domaine de l’invention se rapporte aux procédés de collecte de la masse noire d’éléments comportant des cellules ne pouvant pas être déchargées de manière électrique en milieu sec.The field of the invention relates to that of methods for recovering the black mass of battery elements. More particularly, the field of the invention relates to methods for collecting the black mass of elements comprising cells which cannot be electrically discharged in a dry environment.

État de la techniqueState of the art

Actuellement, dans les opérations de recyclages de batteries, il est recherché de récupérer et valoriser la masse noire, également appelée dans la terminologie anglo-saxonne « black mass ». La masse noire contient en effet des composants tels que le lithium, le cobalt, le manganèse, le nickel et d'autres métaux présents dans les électrodes des batteries. Ces matériaux sont récupérés et recyclés pour être réutilisés dans la fabrication de nouvelles batteries ou dans d'autres applications.Currently, in battery recycling operations, the aim is to recover and recycle black mass. Black mass contains components such as lithium, cobalt, manganese, nickel, and other metals present in battery electrodes. These materials are recovered and recycled for reuse in the manufacture of new batteries or in other applications.

Le processus de récupération de la masse noire implique généralement des étapes de décharge, de broyage, de tri, de séparation chimique et d'autres procédés pour isoler les différents composants. Une fois récupérés, ces matériaux peuvent être purifiés et utilisés comme matières premières pour la production de nouvelles batteries ou pour d'autres applications industrielles.The process of recovering black mass typically involves dumping, crushing, sorting, chemical separation, and other processes to isolate the various components. Once recovered, these materials can be purified and used as raw materials for the production of new batteries or for other industrial applications.

L’étape de décharge est essentielle pour sécuriser le procédé de recyclage. En effet, l’électricité résiduelle est susceptible de faire naître des départs d’incendie lors des opérations de broyage. Ce risque peut être très élevé du fait de la présence d’oxygène et de l’évaporation de matière organique dissoute dans les solvants des éléments de batterie. Les opérations de broyage des éléments de batterie et notamment des éléments métalliques sont potentiellement génératrices d’étincelles lors d’opérations de broyage. Ces étincelles dans un environnement gazeux comportent tous les ingrédients pour amorcer le départ d’un incendie.The discharge step is essential to secure the recycling process. Indeed, residual electricity is likely to cause fires during crushing operations. This risk can be very high due to the presence of oxygen and the evaporation of organic matter dissolved in the solvents of the battery cells. The crushing operations of battery cells, particularly metal cells, can potentially generate sparks during crushing operations. These sparks in a gaseous environment contain all the ingredients to start a fire.

Afin de limiter les risques de départ d’incendie, il existe deux techniques.In order to limit the risk of fire starting, there are two techniques.

La première technique consiste à réaliser une étape de décharge à sec grâce à une décharge électrique lorsque l’on dispose des bornes positives et négatives d’un accumulateur. Cette technique peut être réalisée de manière contrôlée afin de garantir la décharge effective et complète des éléments de batterie. Toutefois, pour minimiser les risques de départs d’incendie, il est nécessaire de réaliser cette décharge électrique sous vide en extrayant petit à petit la matière organique au fur et à mesure qu’elle se forme. Un inconvénient est que le maintien des conditions du vide est difficile. En outre, ces procédés sont limités à certains éléments de batterie. En effet, ils ne peuvent pas être mis en œuvre ou difficilement avec des cellules de petite taille du fait de la difficulté d’accès aux bornes électriques des éléments de batterie.The first technique involves performing a dry discharge step using an electrical discharge when the positive and negative terminals of a battery are available. This technique can be performed in a controlled manner to ensure the effective and complete discharge of the battery cells. However, to minimize the risk of fires, it is necessary to perform this electrical discharge under vacuum, gradually extracting the organic matter as it forms. One disadvantage is that maintaining vacuum conditions is difficult. In addition, these methods are limited to certain battery cells. Indeed, they cannot be implemented or are difficult to implement with small cells due to the difficulty of accessing the electrical terminals of the battery cells.

La seconde technique consiste à réaliser une étape de décharge dans un environnement humide grâce à l’injection d’un volume d’eau permettant une décharge électrochimique des éléments de batterie. Cette décharge peut également être considérée comme une décharge électrolytique en milieu humide. Cette technique vise à évacuer toutes les charges électriques résiduelles des éléments de batterie grâce à la présence d’eau. Généralement, il est pratiqué un bain de sel permettant d’opérer cette étape de décharge électrique en milieu humide. Ce procédé humide permet de traiter tout type de batterie et notamment les batteries formant des cellules unitaires dont les pôles ne sont pas aisément exploitables lors d’une opération de décharge à sec.The second technique involves performing a discharge step in a humid environment by injecting a volume of water to allow an electrochemical discharge of the battery elements. This discharge can also be considered as an electrolytic discharge in a humid environment. This technique aims to evacuate all residual electrical charges from the battery elements thanks to the presence of water. Generally, a salt bath is used to carry out this electrical discharge step in a humid environment. This wet process can be used to treat any type of battery, particularly batteries forming unit cells whose poles are not easily usable during a dry discharge operation.

Or le procédé de décharge électrique humide ne garantit pas une décharge complète des éléments de batterie avant leur broyage. La méthode d’évaluation de la décharge ne peut être qu’empirique et aléatoire. La durée du bain doit être relativement longue et ne peut pas assurer qu’une décharge complète ne soit réalisée. En conséquence, elle reste un obstacle à la sécurisation complète du procédé de recyclage.However, the wet electrical discharge process does not guarantee complete discharge of the battery cells before crushing. The method for assessing the discharge can only be empirical and random. The bath duration must be relatively long and cannot guarantee that a complete discharge is achieved. As a result, it remains an obstacle to completely securing the recycling process.

En outre, le procédé de décharge électrique humide ne permet pas d’obtenir des rendements suffisants pour récupérer tout le potentiel de réutilisation de la masse noire du fait que l’eau dissout les poudres résiduelles et réduit la capacité de récupération de l’ensemble de la masse noire que l’on cherche à valoriser.Furthermore, the wet electrical discharge process does not allow sufficient yields to be obtained to recover the full reuse potential of the black mass because the water dissolves the residual powders and reduces the recovery capacity of the entire black mass that we are seeking to recover.

Il existe un besoin de définir un procédé de recyclage de batteries adressable à tout type de batterie et qui soit optimisé du point de vue du rendement de purification de la masse noire récupérée et qui soit sécurisé.There is a need to define a battery recycling process that can be addressed to any type of battery and that is optimized from the point of view of the purification efficiency of the recovered black mass and that is secure.

L’invention permet avantageusement de sécuriser l’extraction de la masse noire d’éléments de batterie lors d’opérations de recyclage tout en optimisant le rendement de récupération de la quantité de masse noire disponible au sein de ces éléments de batterie.The invention advantageously makes it possible to secure the extraction of black mass from battery elements during recycling operations while optimizing the recovery efficiency of the quantity of black mass available within these battery elements.

Selon un aspect l’invention concerne un procédé pour récupérer la masse noire d’un ensemble d’éléments de batterie constituants d’une ou d’une pluralité de batteries comprenant :

  • Récupération d’un ensemble d’éléments de batterie ;
  • Décharge électrique des éléments de batterie ;
  • Broyage des éléments de batterie en présence d’un volume d’eau, dit broyage humide ;
  • Premier séchage des éléments de batterie broyés à une température régulée comprise entre 90° et 120° ;
  • Tamisage des éléments de batterie broyés et séchés et extraction d’une première quantité de masse noire.
According to one aspect the invention relates to a method for recovering black mass from a set of battery elements constituting one or a plurality of batteries comprising:
  • Recovering a set of battery elements;
  • Electrical discharge of battery cells;
  • Grinding of battery elements in the presence of a volume of water, known as wet grinding;
  • First drying of the crushed battery elements at a regulated temperature between 90° and 120°;
  • Sieving of the crushed and dried battery elements and extraction of a first quantity of black mass.

Un avantage du premier séchage est de déshydrater les éléments de batterie broyés. Les éléments déshydratés sont séparables plus facilement et l’élimination de l’eau permet d’augmenter le rendement de récupération d’une quantité de masse noire.An advantage of the first drying is that it dehydrates the crushed battery cells. The dehydrated cells are more easily separable, and the removal of water increases the recovery yield of a quantity of black mass.

Selon un mode de réalisation, le premier séchage est réalisé au moyen d’un élément chauffant piloté de manière à maintenir la température dans la gamme allant de 90° à 120°. Un avantage est de chauffer suffisamment pour sécher tout en évitant un effet négatif d’un séchage trop élevé pouvant par exemple ramollir les parties plastiques et rendre plus difficile la séparation des pièces entre elles.According to one embodiment, the first drying is carried out by means of a heating element controlled so as to maintain the temperature in the range from 90° to 120°. An advantage is to heat sufficiently to dry while avoiding a negative effect of excessive drying which could, for example, soften the plastic parts and make it more difficult to separate the parts from each other.

Selon un mode de réalisation, le premier séchage est réalisé en combinaison d’un brassage des éléments de batterie broyés permettant de favoriser la dissociation des éléments de batterie entre eux.According to one embodiment, the first drying is carried out in combination with mixing of the crushed battery elements to promote the dissociation of the battery elements from each other.

Selon un mode de réalisation, la température du premier séchage est comprise entre 100°C et 110°C. Cette gamme de température permet de maximaliser l’effet de dissociation tout en éliminant les effets indésirables de ramollissement des éléments plastiques.According to one embodiment, the temperature of the first drying is between 100°C and 110°C. This temperature range makes it possible to maximize the dissociation effect while eliminating the undesirable effects of softening of the plastic elements.

Selon un mode de réalisation, le premier séchage est réalisé au moyen d’un dispositif de chauffage à gaz ou un dispositif de chauffage électrique.According to one embodiment, the first drying is carried out by means of a gas heating device or an electric heating device.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend :

  • une étape de désorption thermique de la masse noire à une température comprise entre 350°C et 600°C, ladite désorption de la masse noire étant accompagnée d’une gazéification des éléments plastiques résiduels afin d’éliminer les matières organiques résiduelles de la masse noire recueillie ;
  • récupération des gaz issus de la gazéification des éléments plastiques résiduels et oxydation thermique desdits gaz ;
  • récupération de la masse noire purifiée.
According to one embodiment, the method comprises:
  • a step of thermal desorption of the black mass at a temperature between 350°C and 600°C, said desorption of the black mass being accompanied by gasification of the residual plastic elements in order to eliminate the residual organic matter from the collected black mass;
  • recovery of gases from the gasification of residual plastic elements and thermal oxidation of said gases;
  • recovery of the purified black mass.

Un avantage de la désorption thermique est notamment d’éliminer les polluants.One advantage of thermal desorption is the elimination of pollutants.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape préliminaire de séparation permettant de démanteler des éléments de batterie. Un avantage est d’éliminer les grandes pièces séparables facilement dans un premier temps. Un avantage est de gagner en encombrement un volume permettant de maximaliser le rendement du broyage.According to one embodiment, the method comprises a preliminary separation step allowing battery elements to be dismantled. An advantage is to eliminate large, easily separable parts in the first instance. An advantage is to save space, allowing for maximum crushing efficiency.

Selon un mode de réalisation, l’étape de décharge électrique est une étape de décharge électrochimique et/ou électrolytique réalisée dans un bain de sels.According to one embodiment, the electrical discharge step is an electrochemical and/or electrolytic discharge step carried out in a salt bath.

Selon un mode de réalisation, une première décharge électrique à sec d’un premier ensemble d’éléments de batterie est réalisée et une seconde décharge électrolytique d’un second ensemble d’éléments de batterie est réalisée, les deux ensembles d’éléments de batterie déchargée étant rassemblés pour être broyés dans une même étape de broyage humide.According to one embodiment, a first dry electrical discharge of a first set of battery cells is carried out and a second electrolytic discharge of a second set of battery cells is carried out, the two sets of discharged battery cells being brought together to be ground in a single wet grinding step.

Selon un mode de réalisation, le broyage est réalisé au-dessus d’un flottateur permettant de récupérer les éléments de batterie broyés. Un avantage est de permettre de réaliser une séparation des éléments broyés selon leur densité juste après le broyage.According to one embodiment, the grinding is carried out above a flotation tank allowing the recovery of the ground battery elements. An advantage is that it allows the separation of the ground elements according to their density immediately after grinding.

Selon un mode de réalisation, l’injection d’un volume d’eau lors de l’étape de broyage est contrôlée pour obtenir un taux d’humidité prédéfini en sortie du broyeur.According to one embodiment, the injection of a volume of water during the grinding step is controlled to obtain a predefined humidity level at the outlet of the grinder.

Selon un mode de réalisation, l’injection d’un volume d’eau lors de l’étape de broyage est contrôlée pour obtenir un taux d’humidité compris entre 20% et 40%. Un avantage de ce taux d’humidité est de permettre d’évacuer toutes ou partie des charges électriques résiduelles des éléments de batterie grâce à la présence d’eau en contrôlant également les opérations de broyage. Selon un mode préférentiel, le taux d’humidité contrôlé est de 30%.According to one embodiment, the injection of a volume of water during the grinding step is controlled to obtain a humidity level of between 20% and 40%. An advantage of this humidity level is that it allows all or part of the residual electrical charges of the battery elements to be removed thanks to the presence of water while also controlling the grinding operations. According to a preferred embodiment, the controlled humidity level is 30%.

Selon un mode de réalisation, le broyage est réalisé au moyen d’un broyeur à engrenages et/ou un broyeur à couteaux.According to one embodiment, the grinding is carried out using a gear mill and/or a knife mill.

Selon un mode de réalisation, le broyage est réalisé de manière à broyer dans une même étape des éléments de batterie comprenant au moins une cellule unitaire et au moins un module de cellules et au moins un pack de module de cellules.According to one embodiment, the grinding is carried out so as to grind in the same step battery elements comprising at least one unit cell and at least one cell module and at least one cell module pack.

Selon un mode de réalisation, le tamisage comprend :

  • Un premier tamisage avec une granularité entre 0 et 15 mm afin de refouler les plastiques et les plaques métalliques ;
  • Un second tamisage avec une granularité inférieure à 2 mm pour collecter des métaux résiduels et recueillir notamment des éléments de Cuivre et d’Aluminium ;
  • Un troisième tamisage avec une granularité comprise entre 0,1 mm et 2 mm pour collecter une quantité de masse noire sous la forme d’une poudre.
According to one embodiment, the screening comprises:
  • A first screening with a granularity between 0 and 15 mm in order to remove plastics and metal plates;
  • A second screening with a granularity of less than 2 mm to collect residual metals and in particular collect Copper and Aluminum elements;
  • A third sieving with a granularity between 0.1 mm and 2 mm to collect a quantity of black mass in the form of a powder.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre :

  • une séparation des différents métaux de la masse noire recueillie sous la forme de poudre grâce à la mise en œuvre d’un procédé hydro-métallurgique ; ladite séparation permettant d’obtenir individuellement une première quantité d’Aluminium, une seconde quantité de cuivre, une troisième quantité de Manganèse, une quatrième quantité de Nickel, une cinquième quantité de Cobalt et une sixième quantité de Lithium, et une septième quantité de Graphite.
According to one embodiment, the method further comprises:
  • a separation of the different metals from the black mass collected in the form of powder by implementing a hydro-metallurgical process; said separation making it possible to individually obtain a first quantity of Aluminum, a second quantity of copper, a third quantity of Manganese, a fourth quantity of Nickel, a fifth quantity of Cobalt and a sixth quantity of Lithium, and a seventh quantity of Graphite.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape finale d’extraction de lithium purifié.According to one embodiment, the method comprises a final step of extracting purified lithium.

Brève description des figuresBrief description of the figures

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :

  • FIG. 1: un exemple de représentation d’une cellule formant un élément unitaire de batterie ;
  • FIG. 2: un exemple de module de batterie comportant une pluralité de cellules telles que représentées à laFIG. 1;
  • FIG. 3: un exemple de pack de batterie comportant une pluralité de modules telles que représentés à laFIG. 2;
  • FIG. 4: un exemple de représentation des éléments constitutifs d’une cellule de batterie ;
  • FIG. 5: une représentation d’un ensemble d’étapes de l’invention selon un mode de réalisation de l’invention ;
  • FIG. 6: une représentation d’un ensemble d’étapes de tamisage pouvant être mis en œuvre dans le procédé de l’invention,
  • FIG. 7: une représentation d’un ensemble d’étapes pouvant être mis en œuvre dans le procédé de l’invention qui sont subséquentes au séchage et au tamisage de la masse noire afin de la purifier et représentant en outre une étape pour extraire et purifier une quantité de Lithium.
Other characteristics and advantages of the invention will emerge on reading the detailed description which follows, with reference to the appended figures, which illustrate:
  • FIG. 1 : an example of a representation of a cell forming a unit element of a battery;
  • FIG. 2 : an example of a battery module comprising a plurality of cells as shown in FIG. 1 ;
  • FIG. 3 : an example of a battery pack comprising a plurality of modules as shown in FIG. 2 ;
  • FIG. 4 : an example of representation of the constituent elements of a battery cell;
  • FIG. 5 : a representation of a set of steps of the invention according to an embodiment of the invention;
  • FIG. 6 : a representation of a set of screening steps that can be implemented in the method of the invention,
  • FIG. 7 : a representation of a set of steps that can be implemented in the process of the invention which are subsequent to the drying and sieving of the black mass in order to purify it and further representing a step for extracting and purifying a quantity of Lithium.

DéfinitionsDefinitions

On entend par « batterie » dans la suite de la description tout dispositif de stockage électrochimique qui permet de stocker et de fournir de l’énergie électrique.In the remainder of the description, the term “battery” means any electrochemical storage device which can store and supply electrical energy.

L’invention se rapporte à tout type de batterie, telle que des accumulateurs et plus particulièrement des batteries comportant des éléments métalliques que l’on cherche à récupérer lors d’une opération de recyclage.The invention relates to any type of battery, such as accumulators and more particularly batteries comprising metallic elements which are sought to be recovered during a recycling operation.

On entend par « élément de batterie » dans la présente description tout type de batteries, accumulateurs ou piles et également toute partie de ces éléments.In this description, the term "battery element" means any type of battery, accumulator or cell and also any part of these elements.

On entend par « masse noire » dans la présente description tout type de matériau métallique contenu dans un élément de batterie utilisé notamment pour former les électrodes. Cette masse noire peut se présenter sous la forme de petits éléments, de particules ou de poudres. La masse noire comprend notamment du Cobalt, du Graphite, du Manganèse, du Nickel ou encore du Lithium. D’autres éléments métalliques peuvent composer ce que l’on nomme masse noire.In this description, the term "black mass" means any type of metallic material contained in a battery element used in particular to form the electrodes. This black mass can be in the form of small elements, particles or powders. The black mass includes in particular Cobalt, Graphite, Manganese, Nickel or Lithium. Other metallic elements can make up what is called black mass.

Le Cuivre et l’Aluminium sont généralement considérés comme ne faisant pas partie de la masse noire. Toutefois, le procédé de l’invention permet également leur récupération.Copper and aluminum are generally considered not to be part of the black mass. However, the process of the invention also allows their recovery.

LaFIG. 1représente une cellule unitaire 10 formant une batterie simple. Ces éléments sont souvent utilisés dans des petits appareils électroniques tels que des appareils photo ou autres dispositifs électroniques de bien de consommation. Cette cellule unitaire forme un élément de batterie.There FIG. 1 represents a unit cell 10 forming a simple battery. These elements are often used in small electronic devices such as cameras or other consumer electronics. This unit cell forms a battery element.

LaFIG. 2représente un module 20 comportant un agencement de cellules unitaires 10 de sorte à offrir une plus grande capacité de stockage. Un tel module est par exemple utilisé dans des véhicules électriques, tels qu’un vélo électrique, ou plus généralement des équipements électroniques nécessitant une plus grande capacité électrique ou une plus grande puissance électrique. Un module comprend avantageusement un bâti 21 permettant de maintenir et d’isoler les cellules unitaires 10. Le bâti peut comprendre des pièces plastiques et métalliques que l’on cherchera à récupérer lors du recyclage de ce module. Les modules de batterie comprennent une borne positive 23 et une borne négative 22 permettant de connecter les bornes d’un appareil électrique.There FIG. 2 represents a module 20 comprising an arrangement of unit cells 10 so as to offer a greater storage capacity. Such a module is for example used in electric vehicles, such as an electric bicycle, or more generally electronic equipment requiring greater electrical capacity or greater electrical power. A module advantageously comprises a frame 21 for holding and insulating the unit cells 10. The frame may comprise plastic and metal parts which will be sought to be recovered during the recycling of this module. The battery modules comprise a positive terminal 23 and a negative terminal 22 for connecting the terminals of an electrical device.

LaFIG. 3représente un pack 30 comportant une pluralité de modules 20 tels que celui représenté à laFIG. 2. Un pack 30 comporte un bâti 31 permettant de maintenir une pluralité de modules 20 et de les isoler d’autres composants. Un pack est préférentiellement utilisé pour des véhicules électriques lourds tels que des automobiles électriques. Un pack comprend au moins une borne positive 32 et une borne négative 33.There FIG. 3 represents a pack 30 comprising a plurality of modules 20 such as that represented in the FIG. 2 . A pack 30 comprises a frame 31 for holding a plurality of modules 20 and isolating them from other components. A pack is preferably used for heavy electric vehicles such as electric automobiles. A pack comprises at least one positive terminal 32 and one negative terminal 33.

Les cellules, les modules et les packs sont des éléments de batterie au sens de l’invention. Le procédé de l’invention permet notamment le recyclage de l’invention de ces trois éléments de batterie.The cells, modules and packs are battery elements within the meaning of the invention. The method of the invention allows in particular the recycling of the invention of these three battery elements.

LaFIG. 4représente en vue de coupe et de manière non exhaustive différents composants d’une cellule 10. Le composant 16 représente la terminaison de la borne positive, le composant 17 représente le CID désignant dans la terminologie anglo-saxonne « Current Interrupt Device », le composant 12 représente le séparateur, le composant 13 représente l’électrode négative, le composant 14 représente un joint d’étanchéité, le composant 18 représente un isolant circonférentiel, le composant 5 représente une couche plastique de type PTC et le composant 19 représente une électrode positive.There FIG. 4 represents in sectional view and in a non-exhaustive manner different components of a cell 10. Component 16 represents the termination of the positive terminal, component 17 represents the CID designating in the English terminology “Current Interrupt Device”, component 12 represents the separator, component 13 represents the negative electrode, component 14 represents a seal, component 18 represents a circumferential insulator, component 5 represents a PTC type plastic layer and component 19 represents a positive electrode.

Ainsi cet exemple de cellule 10 permet d’appréhender la grande diversité de composants constituants d’une batterie. Le procédé de l’invention permet efficacement de récupérer une grande partie de la masse noire de chaque cellule, plus de 90% de la masse noire. Selon certaines implémentations de l’invention, plus de 95% de la masse noire est récupérée. Selon un mode préféré, plus de 99% de la masse noire est récupérée.Thus, this example of cell 10 makes it possible to understand the great diversity of constituent components of a battery. The method of the invention effectively makes it possible to recover a large part of the black mass of each cell, more than 90% of the black mass. According to certain implementations of the invention, more than 95% of the black mass is recovered. According to a preferred embodiment, more than 99% of the black mass is recovered.

LaFIG. 5représente un exemple d’étapes d’un mode de réalisation de l’invention. Le procédé de l’invention adresse plus particulièrement les étapes de décharge électrique DE1, de broyage BR1et ensuite de séchage SEC1.There FIG. 5 represents an example of steps of an embodiment of the invention. The method of the invention more particularly addresses the steps of electrical discharge DE 1 , grinding BR 1 and then drying SEC 1 .

Toutefois, le procédé de l’invention peut être complété ou enrichi d’étapes préliminaires comme la première étape représentée à laFIG. 5de séparation SEP1de gros éléments de batterie. Cette étape est plus communément appelée « démantèlement ». Cette étape peut être mise en œuvre avant l’étape de décharge électrique DE1ou après ou avant et après.However, the method of the invention may be supplemented or enriched with preliminary steps such as the first step shown in FIG. 5 SEP 1 separation of large battery cells. This step is more commonly referred to as "dismantling". This step can be implemented before the DE 1 electrical discharge step or after or before and after.

Enfin, des étapes subséquentes à l’étape de séchage SEC1permettent de recueillir une masse noire avec un taux de purification plus ou moins optimisé selon des étapes de tamisage ou d’hydrométallurgie, ou encore de chauffage à haute température pour améliorer la purification de la masse noire traitée.Finally, steps subsequent to the SEC 1 drying step make it possible to collect a black mass with a more or less optimized purification rate according to sieving or hydrometallurgical steps, or even high temperature heating to improve the purification of the treated black mass.

LaFIG. 5représente un premier ensemble ENS1d’éléments de batterie qui peut comprendre par exemple une distribution de cellules, de modules et de pack.There FIG. 5 represents a first set ENS 1 of battery elements which may comprise for example a distribution of cells, modules and packs.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une première étape de séparation SEP1correspondant à un démantèlement de certains éléments de batterie. Cette étape vise à évacuer de grands éléments de revêtement ou des pièces de fixations nommés RES1dans laFIG. 1.According to one embodiment, the method comprises a first separation step SEP 1 corresponding to a dismantling of certain battery elements. This step aims to remove large coating elements or fixing parts called RES 1 in the FIG. 1 .

Cette première étape de séparation SEP1comprend par exemple un tri et une classification des batteries. Cette étape peut être intéressante lorsque des traitements de décharge électrique sont réalisés en fonction de leur type, de leur chimie et de leur taille. Cela permet de regrouper des batteries similaires ensemble pour faciliter les étapes suivantes du processus de recyclage.This first SEP 1 separation step includes, for example, sorting and classifying the batteries. This step can be useful when electrical discharge treatments are carried out based on their type, chemistry, and size. This allows similar batteries to be grouped together to facilitate the following steps of the recycling process.

Cette première étape de séparation SEP1comprend par exemple un retrait des boîtiers externes des éléments de batterie. Dans cette étape, les boîtiers ou les enveloppes externes des batteries sont retirés pour accéder aux composants internes. Cela peut être réalisé manuellement ou à l'aide d'outils spécialisés.This first SEP 1 separation step includes, for example, removing the external casings from the battery cells. In this step, the external casings or envelopes of the batteries are removed to access the internal components. This can be done manually or with the help of specialized tools.

En outre, cette première étape SEP1peut comprendre une étape de séparation des cellules, des modules ou des packs. En effet, lorsque les batteries sont composées de cellules individuelles ou de modules regroupant plusieurs cellules, il peut être intéressant de retirer les bâtis lorsque l’étape de décharge électrique est commune par exemple, telle qu’une décharge électrochimique en milieu humide. Dans cette étape, les cellules ou les modules sont séparés les uns des autres pour faciliter le traitement ultérieur.In addition, this first step SEP 1 may include a step of separating the cells, modules or packs. Indeed, when the batteries are composed of individual cells or modules grouping several cells, it may be advantageous to remove the frames when the electrical discharge step is common for example, such as an electrochemical discharge in a wet environment. In this step, the cells or modules are separated from each other to facilitate subsequent processing.

Enfin, cette première étape peut comprendre le retrait des connecteurs des éléments de batterie. Les connecteurs électriques, les câbles et autres éléments de connexion sont retirés des cellules ou des modules. Cela permet de préparer les composants internes pour les étapes de décharge électrique et de traitement ultérieur.Finally, this first step may include removing the connectors from the battery cells. Electrical connectors, cables, and other connecting elements are removed from the cells or modules. This prepares the internal components for the electrical discharge and further processing steps.

La première étape de séparation, lorsqu’elle est réalisée, permet de générer un premier ensemble d’éléments de batterie démantelés EB1.The first separation step, when carried out, allows the generation of a first set of dismantled battery elements EB 1 .

Le procédé de l’invention comprend une étape de décharge électrique des éléments de batterie notée DE1. Cette étape peut comprendre la décharge électrique sous un même traitement de tous les éléments de batterie, telle qu’une méthode électrique à sec ou une méthode électrochimique en milieu humide. Selon un autre mode de réalisation, l’étape de décharge électrique DE1comprend différentes étapes de décharges électriques par exemple mises en œuvre en série de manière à augmenter les taux de décharge ou mises en œuvre en parallèle de manière à traiter des décharges spécifiques au type de batterie.The method of the invention comprises a step of electrical discharge of the battery elements denoted DE 1 . This step may comprise the electrical discharge under the same treatment of all the battery elements, such as a dry electrical method or an electrochemical method in a wet environment. According to another embodiment, the electrical discharge step DE 1 comprises different electrical discharge steps, for example implemented in series so as to increase the discharge rates or implemented in parallel so as to treat discharges specific to the type of battery.

Selon un exemple, une décharge électrochimique est réalisée pour décharger les éléments de batterie de type cellules. Cette décharge est réalisée en milieu humide. Cette étape permet notamment de dissoudre les solvants qui contiennent des électrolytes qui sont absorbés et évacués dans le volume d’eau.In one example, an electrochemical discharge is performed to discharge the cell-type battery elements. This discharge is performed in a humid environment. This step allows in particular to dissolve the solvents which contain electrolytes which are absorbed and evacuated into the volume of water.

Le procédé comprend une étape de broyage BR1des éléments de batterie. Cette étape est avantageusement réalisée en milieu humide, c’est-à-dire en présence d’un volume d’eau. Selon un mode de réalisation, le broyage est réalisé dans un bain d’eau. Selon un autre exemple, le broyage est réalisé en présence d’un volume de vapeur d’eau. Selon un autre mode de réalisation, le broyage est réalisé en présence d’une aspersion d’eau. L’aspersion peut être réalisée à partir d’un jet directif au sein de la zone de broyage. Une brumisation ou une nébulisation comportant des gouttelettes d’eau peuvent être également mises en œuvre de sorte à couvrir une zone plus large avec une volume d’eau moindre.The method comprises a step of grinding BR 1 of the battery elements. This step is advantageously carried out in a humid environment, i.e. in the presence of a volume of water. According to one embodiment, the grinding is carried out in a water bath. According to another example, the grinding is carried out in the presence of a volume of water vapor. According to another embodiment, the grinding is carried out in the presence of a water spray. The spraying can be carried out from a directional jet within the grinding zone. A misting or nebulization comprising water droplets can also be implemented so as to cover a wider area with a smaller volume of water.

Le broyage humide BR1permet avantageusement de réaliser une décharge électrochimique résiduelle des éléments de batterie pendant l’opération de broyage.BR 1 wet grinding advantageously allows residual electrochemical discharge of the battery cells during the grinding operation.

On entend par “broyage humide”, un broyage en milieu humide, c'est-à-dire un broyage dans un environnement dans lequel est réalisé un contrôle du taux d'humidité.“Wet grinding” means grinding in a humid environment, i.e. grinding in an environment in which the humidity level is controlled.

Un intérêt de l’étape de broyage BR1en milieu humide est de réduire, voire supprimer tous les risques de départ d’incendie. En effet, en milieu humide, une étincelle ne peut favoriser la naissance d’un feu persistant qui puisse se répandre parmi les éléments de batterie. Selon un mode de réalisation, le broyage en milieu humide est réalisé de manière à contrôler le taux d’humidité TH du milieu environnant permettant de récupérer les éléments de batterie broyés.One advantage of the BR 1 grinding step in a wet environment is that it reduces or even eliminates all risks of fire starting. Indeed, in a wet environment, a spark cannot cause a persistent fire to start that could spread among the battery cells. According to one embodiment, grinding in a wet environment is carried out in such a way as to control the humidity level TH of the surrounding environment, allowing the crushed battery cells to be recovered.

Le broyage peut être réalisé à partir d’un broyeur à engrenages ou un broyeur à couteaux. Après le broyage des éléments de batteries, le matériau obtenu est généralement un mélange complexe de débris, comprenant des composants métalliques, des plastiques et d'autres matériaux.Grinding can be carried out using a gear mill or a knife mill. After grinding battery cells, the resulting material is usually a complex mixture of debris, including metal components, plastics, and other materials.

Selon un exemple de réalisation, le procédé de l’invention comprend une étape visant à récupérer les éléments de batteries broyés dans un flottateur. Cette étape est préférentiellement mise en œuvre après l’étape de broyage BR1 According to an exemplary embodiment, the method of the invention comprises a step aimed at recovering the crushed battery elements in a flotation tank. This step is preferably implemented after the crushing step BR 1

L’étape de séparation permise par le flottateur permet de séparer les matériaux selon leur densité. Cette opération est un premier filtrage des pièces plastiques pouvant être aisément traitées à part. Les éléments retirés dans le procédé de récupération de la masse noire sont notés RES2. La séparation réalisée grâce au flottateur utilise des principes de flottabilité pour séparer les différentes fractions en fonction de leur densité. A cet effet, un mélange dense est obtenu après le broyage. Le mélange dense est formé des composants et matériaux broyés, d'eau et possiblement de réactifs chimiques pour former une suspension dense. Les réactifs chimiques sont utilisés pour modifier les propriétés de la suspension, favorisant ainsi la séparation des matériaux en fonction de leur densité.The separation step enabled by the flotation unit allows materials to be separated according to their density. This operation is a first filtering of plastic parts that can be easily processed separately. The elements removed in the black mass recovery process are noted RES 2. The separation achieved by the flotation unit uses buoyancy principles to separate the different fractions according to their density. For this purpose, a dense mixture is obtained after grinding. The dense mixture is formed of the ground components and materials, water and possibly chemical reagents to form a dense suspension. The chemical reagents are used to modify the properties of the suspension, thus promoting the separation of materials according to their density.

Il est ensuite possible d’opérer une séparation par flottation. Selon un exemple de réalisation (non exhaustif et non limitatif), la suspension dense est introduite dans une cuve où un dispositif de flottation est utilisé pour créer un courant d'air ou de gaz. Ce courant d'air/gaz provoque la formation de bulles qui adhèrent aux matériaux de densité plus légère, les faisant flotter à la surface de la cuve. Les matériaux de densité plus lourde, tels que les métaux, s'enfoncent dans le fond de la cuve.It is then possible to carry out separation by flotation. According to an exemplary embodiment (non-exhaustive and non-limiting), the dense suspension is introduced into a tank where a flotation device is used to create a current of air or gas. This air/gas current causes the formation of bubbles which adhere to the lighter density materials, causing them to float on the surface of the tank. Heavier density materials, such as metals, sink to the bottom of the tank.

La séparation est alors réalisée par une collecte des différentes fractions selon leur densité. Les fractions légères flottantes, principalement composées de plastiques et d'autres matériaux légers, notées RES2sur laFIG. 5, sont collectées à la surface de la cuve. Les fractions lourdes, notées EB2sur laFIG. 5, contenant principalement des métaux, sont récupérées dans le fond de la cuve.Separation is then achieved by collecting the different fractions according to their density. The floating light fractions, mainly composed of plastics and other light materials, noted RES 2 on the FIG. 5 , are collected on the surface of the tank. The heavy fractions, noted EB 2 on the FIG. 5 , containing mainly metals, are recovered from the bottom of the tank.

Le procédé de l’invention comprend une étape de séchage SEC1réalisée par la mise en œuvre d’un chauffage contrôlé des fractions ou de l’ensemble d’éléments de batterie EB2broyés lorsque la séparation FL1n’est pas réalisée. Cette étape de chauffage permet une première opération de déshydratation des éléments de batterie de sorte qu’un volume d’eau soit évacué. Cette déshydratation peut conduire à une désorption.The method of the invention comprises a drying step SEC 1 carried out by implementing controlled heating of the fractions or of the set of crushed battery elements EB 2 when the separation FL 1 is not carried out. This heating step allows a first operation of dehydration of the battery elements so that a volume of water is evacuated. This dehydration can lead to desorption.

Dans le cas d’une désorption, les molécules ou les ions adsorbés par les divers matériaux se détachent des sites de fixation sur la surface du matériau et sont libérés dans l'environnement sous forme de gaz, de liquide ou de soluté.In the case of desorption, molecules or ions adsorbed by various materials detach from the attachment sites on the surface of the material and are released into the environment in the form of gas, liquid or solute.

Avantageusement, pendant cette opération, le chauffage est contrôlé pour favoriser le phénomène de déshydratation tout en limitant l’effet de ramollissement des portions de matières plastiques résiduelles. L’objectif de cette première étape de séchage est de déshydrater les éléments de batterie broyés.Advantageously, during this operation, the heating is controlled to promote the dehydration phenomenon while limiting the softening effect of the residual plastic portions. The objective of this first drying stage is to dehydrate the crushed battery elements.

Selon un mode particulier, pendant cette opération, le chauffage est contrôlé pour favoriser le phénomène de désorption tout en limitant l’effet de ramollissement des portions de matières plastiques résiduelles.According to a particular method, during this operation, the heating is controlled to promote the desorption phenomenon while limiting the softening effect of the residual plastic portions.

En effet, un chauffage trop important induirait un effet inverse à l’effet souhaité, c’est-à-dire à dissocier mécaniquement les parties métalliques broyées des parties plastiques broyées. Un intérêt de cette étape de séchage est l’effet naturellement obtenu d’amélioration de la dissociation des parties entre elles du fait que les surfaces sèches n’adhèrent plus les unes aux autres. Cette amélioration de la dissociation des éléments entre eux augmente la capacité de séparation des éléments de batterie résiduels afin de plus simplement filtrer la masse noire BM1que l’on cherche à récupérer. Cette étape permet une nette augmentation du volume de masse noire BM1qu’il est possible de récupérer dans les étapes suivantes du recyclage de batteries.Indeed, excessive heating would induce an effect opposite to the desired effect, that is to say to mechanically dissociate the crushed metal parts from the crushed plastic parts. An advantage of this drying step is the naturally obtained effect of improving the dissociation of the parts from each other because the dry surfaces no longer adhere to each other. This improvement in the dissociation of the elements from each other increases the capacity to separate the residual battery elements in order to more simply filter the black mass BM 1 that we are seeking to recover. This step allows a clear increase in the volume of black mass BM 1 that can be recovered in the following stages of battery recycling.

Afin de contrôler la température du premier séchage SEC1, la mise en œuvre d’un élément chauffant configuré pour piloter la température dans la gamme allant de 90° à 120°. Un capteur de température peut être agencé dans le compartiment utilisé pour le séchage afin de surveiller les éventuels dépassements de température. Le compartiment peut être par exemple le même que celui ayant servi au broyage BR1. Selon un autre cas, le compartiment est différent de celui du broyeur. Dans le cas où les éléments broyés passent dans un flottateur, le compartiment servant pour cette opération peut être utilisé pour sécher les éléments de batterie broyés.In order to control the temperature of the first drying SEC 1 , the implementation of a heating element configured to control the temperature in the range from 90° to 120°. A temperature sensor can be arranged in the compartment used for drying in order to monitor any possible temperature overshoots. The compartment can for example be the same as that used for grinding BR 1 . In another case, the compartment is different from that of the grinder. In the case where the ground elements pass into a flotation unit, the compartment used for this operation can be used to dry the ground battery elements.

Un intérêt du chauffage SEC1est d’améliorer la séparation et la dissociation des pièces entre elles. On rappelle que ces pièces peuvent être des morceaux d’électrodes, des connecteurs, des isolants, des métaux ou des morceaux de plastiques, etc. Ce séchage peut être réalisé en combinaison d’une opération de brassage des éléments de batterie ou encore par une opération de mélange par vibrations. Les éléments liés entre eux peuvent alors plus facilement se dissocier les uns des autres.One advantage of SEC 1 heating is that it improves the separation and dissociation of parts from each other. These parts can be pieces of electrodes, connectors, insulators, metals or pieces of plastic, etc. This drying can be carried out in combination with a stirring operation of the battery elements or even by a vibration mixing operation. The elements linked together can then more easily dissociate from each other.

Cette étape de séchage en contrôlant la température est opérée préférentiellement en maintenant la température entre 90° C et 120°C. avantageusement un effet obtenu est optimal pour une température comprise entre 100°C et 110°C.This drying step by controlling the temperature is preferably carried out by maintaining the temperature between 90°C and 120°C. Advantageously, an effect obtained is optimal for a temperature between 100°C and 110°C.

Un premier intérêt de ce chauffage est d’augmenter la séparation naturelle des composants entre eux des éléments de batterie broyés EB1ou EB2. En effet, ce séchage permet de séparer des éléments plastiques, des connectiques ou encore des plaques de plus grandes dimensions.A first advantage of this heating is to increase the natural separation of the components of crushed EB 1 or EB 2 battery elements. In fact, this drying makes it possible to separate plastic elements, connectors or even larger plates.

Selon un mode de réalisation, une étape de tamisage TAM1est réalisée à la suite du séchage SEC1de sorte à séparer les éléments de batteries de différentes dimensions. LaFIG. 1représente des éléments non retenus RES3qui sont évacués de la chaîne de récupération de la masse noire BM1grâce au procédé de l’invention.According to one embodiment, a sieving step TAM 1 is carried out following the drying SEC 1 so as to separate the battery elements of different dimensions. FIG. 1 represents unretained elements RES 3 which are removed from the black mass recovery chain BM 1 using the method of the invention.

Selon un mode de réalisation, l’étape de tamisage TAM1peut comprendre différentes étapes de tamisage comme représentées à laFIG. 6. L’intérêt de mettre en œuvre plusieurs étapes de tamisage est de séparer les éléments de batterie avec une granularité de plus en plus fine.According to one embodiment, the sieving step TAM 1 may comprise different sieving steps as shown in FIG. 6 The advantage of implementing several screening stages is to separate the battery elements with increasingly fine granularity.

Ces opérations permettent un meilleur tri, une adaptation des régimes de vibration des tamiseurs aux pièces à traiter et enfin une récupération de la masse noire BM2purifiée en bout de chaîne. A cette fin différents tamis vibrants peuvent être configurés selon les étapes de tamisage de l’invention.These operations allow for better sorting, adaptation of the vibration regimes of the sieves to the parts to be treated and finally recovery of the purified black mass BM 2 at the end of the line. For this purpose, different vibrating sieves can be configured according to the sieving steps of the invention.

Selon un exemple, un premier tamisage TAM11est opéré pour filtrer les éléments de batterie dont la plus grande dimension est inférieure à 15 mm. Un intérêt est d’évacuer les pièces de grandes dimensions pour un premier circuit de retraitement tout en raffinant le taux de masse noire présent dans le volume d’éléments batterie précédemment broyé. Les pièces évacuées correspondent notamment à des plaques métalliques et de grandes pièces en plastique.In one example, a first TAM 11 screening is carried out to filter battery elements whose largest dimension is less than 15 mm. One advantage is to remove large parts for a first reprocessing circuit while refining the black mass rate present in the volume of battery elements previously crushed. The removed parts correspond in particular to metal plates and large plastic parts.

Selon un exemple, un second tamisage TAM12est opéré à la suite du premier tamisage TAM11pour filtrer les éléments de batterie dont la plus grande dimension est comprise entre 2 mm et 15 mm. Un intérêt est d’évacuer les pièces filtrées pour un second circuit de retraitement tout en raffinant le taux de masse noire résiduelle dans les éléments de batterie broyés qui sont traités dans le circuit de tamisage. Les éléments évacués correspondent principalement à des matériaux en aluminium et en cuivre.According to one example, a second TAM 12 sieving is carried out following the first TAM 11 sieving to filter the battery elements whose largest dimension is between 2 mm and 15 mm. One advantage is to evacuate the filtered parts for a second reprocessing circuit while refining the residual black mass rate in the crushed battery elements which are processed in the sieving circuit. The evacuated elements mainly correspond to aluminum and copper materials.

Selon un exemple, un troisième tamisage TAM13est opéré à la suite du second tamisage TAM12pour filtrer les éléments de batterie dont la plus grande dimension est supérieure à 2 mm. Un intérêt est de récupérer en bout de chaîne de tamisage une masse noire filtrée et purifiée avec un taux de purification supérieur à un seuil donné, de l’ordre de 85% à 92 %. Les éléments récupérés qui ont des dimensions supérieures à 2 mm sont principalement des métaux de petites dimensions qui peuvent être retraités dans un circuit donné de retraitement.According to one example, a third TAM 13 sieving is carried out following the second TAM 12 sieving to filter the battery elements whose largest dimension is greater than 2 mm. One advantage is to recover at the end of the sieving line a filtered and purified black mass with a purification rate greater than a given threshold, of the order of 85% to 92%. The recovered elements which have dimensions greater than 2 mm are mainly small metals which can be reprocessed in a given reprocessing circuit.

L’invention peut comprendre une étape supplémentaire visant à chauffer la masse noire obtenue BM2consécutivement aux étapes de tamisage TAM1de sorte à éliminer les résidus plastiques et notamment de PTFE désignant dans la terminologie technique le « Polytétrafluoroéthylène ». Cette seconde étape de chauffage est notée SEC2sur laFIG. 7. Cette étape SEC2comprend un chauffage progressif pour liquéfier les plastiques dans un premier temps et les gazéifier dans un second temps. Cette étape de désorption thermique passe donc par une température comprise entre 200°C et 250°C afin de liquéfier dans un premier temps les éléments plastiques résiduels comportant notamment le PTFE et le PTF. Puis, la température à laquelle est amenée la masse noire BM2est comprise entre 350°C et 600°C. De manière préférentielle, cette température est comprise dans la gamme de valeurs comprise entre 500°C et 570°C, avec une valeur cible selon un exemple de 550°C.The invention may comprise an additional step aimed at heating the black mass obtained BM 2 following the sieving steps TAM 1 so as to eliminate plastic residues and in particular PTFE, which in technical terminology refers to “Polytetrafluoroethylene”. This second heating step is noted SEC 2 on the FIG. 7 . This SEC 2 step includes progressive heating to liquefy the plastics first and gasify them second. This thermal desorption step therefore passes through a temperature between 200°C and 250°C in order to liquefy the residual plastic elements including in particular PTFE and PTF. Then, the temperature to which the black mass BM 2 is brought is between 350°C and 600°C. Preferably, this temperature is in the range of values between 500°C and 570°C, with a target value according to an example of 550°C.

Un intérêt de ce chauffage est d’éliminer les matières organiques résiduelles, on arrive en sortie du procédé à une valeur proche de 1ppm de carbone organique total (TOC). Ce chauffage SEC2 est réalisé à une température plus élevée que la température du premier séchage SEC1qui permet d’améliorer la dissociation des éléments de batterie sans transformation de l'état de la matière composant les matériaux traités.One advantage of this heating is that it eliminates residual organic matter, resulting in a value close to 1 ppm of total organic carbon (TOC) at the end of the process. This SEC2 heating is carried out at a higher temperature than the temperature of the first SEC 1 drying, which improves the dissociation of the battery elements without transforming the state of the material making up the treated materials.

Un intérêt de cette seconde étape de désorption thermique est de purifier encore plus la masse noire pour obtenir une masse noire pure à un taux supérieur à 95%, et proche de 99%. C’est-à-dire que le poids de la masse noire obtenue est sensiblement équivalent au poids des métaux purs distribués dans les mêmes proportions que la distribution de ces métaux au sein de la masse noire récupérée.An advantage of this second thermal desorption step is to further purify the black mass to obtain a pure black mass at a rate higher than 95%, and close to 99%. That is to say that the weight of the black mass obtained is substantially equivalent to the weight of the pure metals distributed in the same proportions as the distribution of these metals within the recovered black mass.

Selon un mode de réalisation, le procédé de l’invention comprend une étape hydro métallurgique HM1 permettant de séparer les métaux entre eux.According to one embodiment, the method of the invention comprises a hydrometallurgical step HM1 making it possible to separate the metals from each other.

A cette fin, l’étape d’hydrométallurgie HM1 peut comprendre la lixiviation et/ou la dissolution de la masse noire. Puis une séparation des différents métaux/constituants entre eux est opérée selon les propriétés de chacun des métaux contenus dans la masse noire. Une électrolyse peut être mise en œuvre pour la récupération des métaux.To this end, the HM1 hydrometallurgy step may include leaching and/or dissolution of the black mass. Then a separation of the different metals/constituents is carried out according to the properties of each of the metals contained in the black mass. Electrolysis can be implemented for the recovery of the metals.

Une étape d’extraction du Lithium purifié Li1 est mise en œuvre. Elle est notée EXT-Li sur laFIG. 7. Un intérêt est de récupérer l’ensemble des métaux de la masse noire individuellement à savoir le nickel, le cuivre, le cobalt, le chrome, le manganèse, le lithium, etc.A step of extraction of purified Lithium Li1 is implemented. It is noted EXT-Li on the FIG. 7 . One interest is to recover all the metals from the black mass individually, namely nickel, copper, cobalt, chromium, manganese, lithium, etc.

Le lithium peut alors être traité pour être réutilisé dans la fabrication de nouvelles batteries.The lithium can then be processed for reuse in the manufacture of new batteries.

Claims (17)

Procédé pour récupérer la masse noire (BM1, BM2) d’un ensemble (ENS1) d’éléments de batterie constituants d’une batterie et/ou d’une pluralité de batteries comprenant :
  • Récupération d’un ensemble d’éléments de batterie (EB1, ENS1) ;
  • Décharge électrique (DE1) des éléments de batterie (EB1) ;
  • Broyage (BR1) des éléments de batterie (EB1) en présence d’un volume d’eau, dit broyage humide ;
  • Premier séchage (SEC1) des éléments de batterie broyés (EB2) à une température régulée comprise entre 90° et 120° ;
  • Tamisage (TAM1) des éléments de batterie broyés (EB2) et séchés et extraction d’une première quantité (Q1) de masse noire (BM1).
Process for recovering black mass (BM1, BM2) of a set (ENS1) of battery elements constituting a battery and/or a plurality of batteries comprising:
  • Recovery of a set of battery elements (EB 1 , ENS 1 );
  • Electrical discharge (DE 1 ) of battery elements (EB 1 );
  • Grinding (BR 1 ) of battery elements (EB 1 ) in the presence of a volume of water, called wet grinding;
  • First drying (SEC 1 ) of the crushed battery elements (EB 2 ) at a regulated temperature between 90° and 120°;
  • Sieving (TAM 1 ) of the crushed (EB 2 ) and dried battery elements and extraction of a first quantity (Q 1 ) of black mass (BM 1 ).
Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que le premier séchage (SEC1) comprend le pilotage d’un élément chauffant pour maintenir la température dans la gamme allant de 90° à 120°.Method according to the preceding claim, characterized in that the first drying (SEC 1 ) comprises controlling a heating element to maintain the temperature in the range from 90° to 120°. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le premier séchage (SEC1) est réalisé en combinaison d’un brassage des éléments de batterie broyés (EB1) permettant de favoriser la dissociation des éléments de batterie entre eux.Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the first drying (SEC 1 ) is carried out in combination with mixing of the crushed battery elements (EB 1 ) making it possible to promote the dissociation of the battery elements from each other. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la température du premier séchage (SEC1) est comprise entre 100°C et 110°C.Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the first drying (SEC 1 ) is between 100°C and 110°C. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le premier séchage (SEC1) est réalisé au moyen d’un dispositif de chauffage à gaz ou un dispositif de chauffage électrique.Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the first drying (SEC 1 ) is carried out by means of a gas heating device or an electric heating device. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comprend, consécutivement à l’étape de tamisage (TAM1) :
  • une étape de désorption thermique (SEC2) de la masse noire (BM1, BM2) à une température comprise entre 350°C et 600°C, ladite désorption de la masse noire étant accompagnée d’une gazéification des éléments plastiques résiduels afin d’éliminer les matières organiques résiduelles de la masse noire recueillie (BM1, BM2) ;
  • récupération des gaz issus de la gazéification des éléments plastiques résiduels et oxydation thermique desdits gaz;
  • récupération de la masse noire purifiée.
Method according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises, following the sieving step (TAM1) :
  • a thermal desorption step (SEC 2 ) of the black mass (BM 1 , BM 2 ) at a temperature between 350°C and 600°C, said desorption of the black mass being accompanied by gasification of the residual plastic elements in order to eliminate the residual organic matter from the collected black mass (BM 1 , BM 2 );
  • recovery of gases from the gasification of residual plastic elements and thermal oxidation of said gases;
  • recovery of the purified black mass.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comprend une étape préliminaire de séparation (SEP1) permettant de démanteler des éléments de batterie (EB1).Method according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a preliminary separation step (SEP 1 ) making it possible to dismantle battery elements (EB 1 ). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’étape de décharge électrique est une étape de décharge électrochimique et/ou électrolytique réalisée dans un bain de sels.Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrical discharge step is an electrochemical and/or electrolytic discharge step carried out in a salt bath. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu’une première décharge électrique à sec d’un premier ensemble d’éléments de batterie est réalisée et qu’une seconde décharge électrolytique d’un second ensemble d’éléments de batterie est réalisée, les deux ensembles d’éléments de batterie déchargée étant rassemblés pour être broyés dans une même étape de broyage humide (BR1).Method according to any one of the preceding claims, characterized in that a first dry electrical discharge of a first set of battery elements is carried out and a second electrolytic discharge of a second set of battery elements is carried out, the two sets of discharged battery elements being brought together to be ground in the same wet grinding step (BR 1 ). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le broyage (BR1) est réalisé au-dessus d’un flottateur permettant de récupérer les éléments de batterie broyés.Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the grinding (BR1) is carried out above a float making it possible to recover the ground battery elements. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’étape de broyage comprend un contrôle d’une injection d’un volume d’eau lors de l’étape de broyage (BR1) pour obtenir un taux d’humidité prédéfini en sortie d’un broyeur.Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the grinding step comprises controlling an injection of a volume of water during the grinding step (BR 1 ) to obtain a predefined humidity level at the outlet of a grinder. Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce que l’injection d’un volume d’eau lors de l’étape de broyage (BR1) est contrôlée pour obtenir un taux d’humidité compris entre 20% et 40%.Method according to claim 11 characterized in that the injection of a volume of water during the grinding step (BR 1 ) is controlled to obtain a humidity level of between 20% and 40%. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le broyage (BR1) est réalisé au moyen d’un broyeur à engrenages et/ou un broyeur à couteaux.Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the grinding (BR 1 ) is carried out by means of a gear mill and/or a knife mill. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le broyage est réalisé de manière à broyer dans une même étape des éléments de batterie (EB1) comprenant au moins une cellule unitaire et au moins un module de cellules et au moins un pack de module de cellules.Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the grinding is carried out so as to grind in the same step battery elements (EB 1 ) comprising at least one unit cell and at least one cell module and at least one cell module pack. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le tamisage (TAM1) comprend :
  • Un premier tamisage (TAM11) avec une granularité entre 0 et 15 mm afin de refouler les plastiques (PL1) et les plaques métalliques (ME1) ;
  • Un second tamisage (TAM12) avec une granularité inférieure à 2 mm pour collecter des métaux résiduels et recueillir notamment des éléments de Cuivre et d’Aluminium (Cu, Al) ;
  • Un troisième tamisage (TAM3) avec une granularité comprise entre 0,1 mm et 2 mm pour collecter une quantité de masse noire (BM2) sous la forme d’une poudre.
Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the sieving (TAM1) understand :
  • A first screening (TAM 11 ) with a granularity between 0 and 15 mm in order to push back the plastics (PL 1 ) and the metal plates (ME 1 );
  • A second sieving (TAM 12 ) with a granularity of less than 2 mm to collect residual metals and in particular collect Copper and Aluminum elements (Cu, Al);
  • A third sieving (TAM 3 ) with a granularity between 0.1 mm and 2 mm to collect a quantity of black mass (BM 2 ) in the form of a powder.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comprend en outre :
  • une séparation des différents métaux de la masse noire (BM1) recueillie sous la forme de poudre grâce à la mise en œuvre d’un procédé hydro-métallurgique (HM1) ; ladite séparation permettant d’obtenir individuellement une première quantité d’Aluminium, une seconde quantité de cuivre, une troisième quantité de Manganèse, une quatrième quantité de Nickel, une cinquième quantité de Cobalt et une sixième quantité de Lithium, et une septième quantité de Graphite.
Method according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises:
  • a separation of the different metals from the black mass (BM 1 ) collected in the form of powder by implementing a hydro-metallurgical process (HM 1 ); said separation making it possible to individually obtain a first quantity of Aluminum, a second quantity of copper, a third quantity of Manganese, a fourth quantity of Nickel, a fifth quantity of Cobalt and a sixth quantity of Lithium, and a seventh quantity of Graphite.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une étape finale d’extraction (EXT-LI) de lithium purifié (Li1).Method according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a final extraction step (EXT-LI) of purified lithium (Li 1 ).
FR2402200A 2024-03-05 2024-03-05 METHOD FOR OPTIMIZING THE RATE OF BLACK MASS RECOVERED FROM BATTERY ELEMENTS Pending FR3160058A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2402200A FR3160058A1 (en) 2024-03-05 2024-03-05 METHOD FOR OPTIMIZING THE RATE OF BLACK MASS RECOVERED FROM BATTERY ELEMENTS
PCT/EP2025/055878 WO2025186273A1 (en) 2024-03-05 2025-03-04 Method for optimising the amount of black mass recovered from battery elements

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2402200A FR3160058A1 (en) 2024-03-05 2024-03-05 METHOD FOR OPTIMIZING THE RATE OF BLACK MASS RECOVERED FROM BATTERY ELEMENTS
FR2402200 2024-03-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR3160058A1 true FR3160058A1 (en) 2025-09-12

Family

ID=92538990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2402200A Pending FR3160058A1 (en) 2024-03-05 2024-03-05 METHOD FOR OPTIMIZING THE RATE OF BLACK MASS RECOVERED FROM BATTERY ELEMENTS

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3160058A1 (en)
WO (1) WO2025186273A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230175099A1 (en) * 2021-11-10 2023-06-08 Comstock Ip Holdings Llc Li-ion battery recycling process and system for black mass fractionation and recovery of specific materials
EP4198151A1 (en) * 2021-12-16 2023-06-21 Northvolt Revolt AB Process for recovering battery active material concentrate
WO2023214352A1 (en) * 2022-05-04 2023-11-09 Laren Srl Process for the recovery of electrochemically active powder for use in new batteries

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230175099A1 (en) * 2021-11-10 2023-06-08 Comstock Ip Holdings Llc Li-ion battery recycling process and system for black mass fractionation and recovery of specific materials
EP4198151A1 (en) * 2021-12-16 2023-06-21 Northvolt Revolt AB Process for recovering battery active material concentrate
WO2023214352A1 (en) * 2022-05-04 2023-11-09 Laren Srl Process for the recovery of electrochemically active powder for use in new batteries

Also Published As

Publication number Publication date
WO2025186273A8 (en) 2025-10-02
WO2025186273A1 (en) 2025-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9614261B2 (en) Process for recycling electrode materials from lithium-ion batteries
WO2005101564A1 (en) Method for the mixed recycling of lithium-based anode batteries and cells
CA2290879A1 (en) Procedure for treating a lithium cell battery in preparation for recycling its constituent materials
HU215754B (en) Process for herecovery of raw materials from presorted collected waste, especially scrap electro chemical batteries and accumulators
EP3256514A1 (en) Method for recovering and/or recycling a bituminous product
CN112768796B (en) Method for treating waste lithium battery
FR2694769A1 (en) Process for the treatment of graphite waste
JP2025512503A (en) Method and system for recycling battery cells or portions thereof
FR3113682A1 (en) leaching solvent suitable for electrolyte solution in decommissioned lithium battery, use of the solvent and method for separating and recycling electrolyte solution from decommissioned lithium battery using leaching solvent
FR3160058A1 (en) METHOD FOR OPTIMIZING THE RATE OF BLACK MASS RECOVERED FROM BATTERY ELEMENTS
WO2005015668A1 (en) Method for processing organic cations, non-aqueous solvents and electrical components containing carbon
EP0412935A1 (en) Method of recycling non-sorted mixtures of used button cells and other metallic objects and further recuperating their metallic components
TW202322450A (en) Process
US9991516B2 (en) Battery production method
WO2020157543A1 (en) Process for recovering non-ferrous precious metals by pelletisation and calcination of leaching activated carbon powder
FR3095076A1 (en) A method of extracting lithium from an electric battery comprising solid metallic lithium.
FR2513904A1 (en) Sepn. of metal from crushed accumulator scrap - which is fed down column in countercurrent to ascending stream of water removing materials with low density but not metals
EP0443929B1 (en) Method for the destruction of used electric batteries and the recovery of the different components
US20250154626A1 (en) Processing of Black Mass
EP3000902B1 (en) Method for recovering the platinum found in a membrane-electrode assembly
WO2025083108A1 (en) Method for extracting residual metallic lithium from a set of one or more electrical energy storage cells
EP0843741A1 (en) Method for upgrading waste material comprising sheet metal with a zinc plating on at least one side thereof
JP2025500170A (en) Method for recycling rechargeable batteries and equipment for treating rechargeable batteries
EP2822692A1 (en) Method and equipment for selectively sorting different types of ground material containing plastic
GB2424651A (en) Reclaiming cobalt, nickel and/or manganese from lithium ion batteries

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20250912